第6章 瀝青材料

1、第第6章章 瀝青和瀝青混合料瀝青和瀝青混合料 第第6章章 瀝青和瀝青混合料瀝青和瀝青混合料 6.1 6.1 瀝青材料瀝青材料 6.26.2 瀝青混合瀝青混合料料 6.3 6.3 本章總結(jié)本章總結(jié) 6.1 6.1 瀝青材料瀝青材料 一、瀝青分類及基本組成結(jié)構(gòu)一、瀝青分類及基本組成結(jié)構(gòu) 二、瀝青主要性能及測(cè)試二、瀝青主要性能及測(cè)試 三、瀝青的技術(shù)要求與選用三、瀝青的技術(shù)要求與選用 四、瀝青的摻配、改性及主要瀝青制品四、瀝青的摻配、改性及主要瀝青制品 一、瀝青分類及基本組成結(jié)構(gòu)一、瀝青分類及基本組成結(jié)構(gòu) （一）定義（一）定義 瀝青是一種瀝青是一種有機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料，它是復(fù)雜的，它是復(fù)雜的 碳?xì)?/p>

2、化合物及非金屬（氧、硫、氮等）衍生碳?xì)浠衔锛胺墙饘伲ㄑ酢⒘颉⒌龋┭苌?物的混合物。在常溫下呈固體、半固體或液物的混合物。在常溫下呈固體、半固體或液 體狀態(tài)。體狀態(tài)。 （二）分類（二）分類 瀝青 天然瀝青 煤瀝青 石油瀝青 地瀝青 焦油瀝青 木瀝青 泥炭瀝青 頁(yè)巖瀝青 （三）特點(diǎn)（三）特點(diǎn) 具有結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)力良好，抗沖擊、不導(dǎo)具有結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)力良好，抗沖擊、不導(dǎo) 電、不吸水，耐酸、耐堿、耐腐蝕等性能。電、不吸水，耐酸、耐堿、耐腐蝕等性能。 （四）應(yīng)用（四）應(yīng)用 主要作為防水、防潮、防腐蝕材料，用于屋主要作為防水、防潮、防腐蝕材料，用于屋 面或地下防水工程、防腐蝕工程、鋪筑道路面或地下防水

3、工程、防腐蝕工程、鋪筑道路 以及貯水池、水利工程及橋梁等防水防潮層。以及貯水池、水利工程及橋梁等防水防潮層。 （五）石油瀝青（五）石油瀝青 1.按用途分類：按用途分類： 石油瀝青石油瀝青 道路石油瀝青道路石油瀝青 普通石油瀝青普通石油瀝青 建筑石油瀝青建筑石油瀝青 2.石油瀝青基本組成結(jié)構(gòu)石油瀝青基本組成結(jié)構(gòu) （1）主要組分是）主要組分是油分、樹脂和地瀝青質(zhì)油分、樹脂和地瀝青質(zhì)三三 大組分，其特點(diǎn)及作用見下表。大組分，其特點(diǎn)及作用見下表。 組組 分分作作 用用 油分油分 淡黃色透明液體；賦予瀝青淡黃色透明液體；賦予瀝青流動(dòng)性流動(dòng)性。影響。影響 瀝青的柔軟性、抗裂性及施工難度。瀝青的柔軟性、抗裂

4、性及施工難度。 樹脂樹脂 紅褐色粘稠半固體；增加瀝青紅褐色粘稠半固體；增加瀝青粘結(jié)力和塑粘結(jié)力和塑 性性。 ( (地地) )瀝青質(zhì)瀝青質(zhì) 黑色固體粉末；決定瀝青的粘性、黑色固體粉末；決定瀝青的粘性、溫度穩(wěn)溫度穩(wěn) 定性定性、硬度。、硬度。 四組分分析法：四組分分析法： 組組 分分作作 用用 飽和分飽和分芳香芳香 分分 無色液體無色液體黃色至紅色液體；黏度降黃色至紅色液體；黏度降 低，賦予瀝青低，賦予瀝青流動(dòng)性流動(dòng)性。 膠膠 質(zhì)質(zhì)棕色粘稠半固體；增加瀝青棕色粘稠半固體；增加瀝青延度。延度。 ( (地地) )瀝青質(zhì)瀝青質(zhì) 深棕至黑色固體；決定瀝青的深棕至黑色固體；決定瀝青的粘性粘性、 溫度穩(wěn)定性溫度

5、穩(wěn)定性等。等。 根據(jù)石油瀝青中各組分的化學(xué)組成和相對(duì)含量的根據(jù)石油瀝青中各組分的化學(xué)組成和相對(duì)含量的 不同，可形成三種不同不同，可形成三種不同膠體結(jié)構(gòu)膠體結(jié)構(gòu)： 溶膠型溶膠型-地瀝青質(zhì)相對(duì)較少而油分和樹脂（飽和地瀝青質(zhì)相對(duì)較少而油分和樹脂（飽和 分、芳香分）相對(duì)較高。分、芳香分）相對(duì)較高。 特點(diǎn)：流動(dòng)性和塑性好，低溫變形強(qiáng)而溫度穩(wěn)定性差。特點(diǎn)：流動(dòng)性和塑性好，低溫變形強(qiáng)而溫度穩(wěn)定性差。 凝膠型凝膠型-地瀝青質(zhì)較多而油分和樹脂（飽和分、地瀝青質(zhì)較多而油分和樹脂（飽和分、 芳香分）較少。芳香分）較少。 特點(diǎn)：粘性高，溫度穩(wěn)定性好，而流動(dòng)性和塑性差，特點(diǎn)：粘性高，溫度穩(wěn)定性好，而流動(dòng)性和塑性差， 低

6、溫變形差。低溫變形差。 溶膠凝膠型：介于二者之間溶膠凝膠型：介于二者之間 （2 2）石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)）石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu) ( ( 六）煤瀝青的基本組成六）煤瀝青的基本組成 1.游離碳：固態(tài)碳質(zhì)顆粒，加熱不熔，游離碳：固態(tài)碳質(zhì)顆粒，加熱不熔， 高高 溫分解。其含量增加，溫分解。其含量增加， 粘度和溫度穩(wěn)定粘度和溫度穩(wěn)定 性提高，低溫脆性增加。性提高，低溫脆性增加。 2.油分：液態(tài)碳?xì)浠衔铮头郑阂簯B(tài)碳?xì)浠衔铮?3.樹脂：環(huán)心含氧碳?xì)浠衔?。樹脂：環(huán)心含氧碳?xì)浠衔铩?二、瀝青主要性能及測(cè)試二、瀝青主要性能及測(cè)試 （一）物理特征常數(shù)（一）物理特征常數(shù) 1.1.密度：反映瀝青各組成比例及緊密程

7、度密度：反映瀝青各組成比例及緊密程度 2.2.熱脹系數(shù)：反映瀝青體積膨脹大小。熱脹系數(shù)：反映瀝青體積膨脹大小。 3.3.介電常數(shù)：與瀝青使用耐久性有關(guān)。介電常數(shù)：與瀝青使用耐久性有關(guān)。 4.4.溶解度：反映瀝青中有效物質(zhì)含量。溶解度：反映瀝青中有效物質(zhì)含量。 （二）粘滯性（粘性）：反映瀝青內(nèi)部阻礙其（二）粘滯性（粘性）：反映瀝青內(nèi)部阻礙其 相對(duì)流動(dòng)的特性，反映其流動(dòng)性、施工性能。相對(duì)流動(dòng)的特性，反映其流動(dòng)性、施工性能。 是劃分瀝青牌號(hào)的主要技術(shù)指標(biāo)。是劃分瀝青牌號(hào)的主要技術(shù)指標(biāo)。 影響因素：溫度；組分影響因素：溫度；組分 測(cè)試方法：測(cè)試方法： 1.1.絕對(duì)粘度法：毛細(xì)管粘度計(jì)絕對(duì)粘度法：毛細(xì)管

8、粘度計(jì) 2.2.相對(duì)粘度法（條件粘度法）：相對(duì)粘度法（條件粘度法）： 針入度針入度； 軟化點(diǎn)軟化點(diǎn)； 表示表示液體石油瀝青液體石油瀝青的相對(duì)粘度的相對(duì)粘度。 瀝青標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)試驗(yàn)瀝青標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)粘度試驗(yàn)儀器標(biāo)準(zhǔn)粘度試驗(yàn)儀器 試驗(yàn)條件及方法：試驗(yàn)條件及方法：50mL 的瀝青在規(guī)定溫度（的瀝青在規(guī)定溫度（20、25、 30、60）流過規(guī)定直徑）流過規(guī)定直徑 （3、5、10mm）的所需時(shí)）的所需時(shí) 間（間（s）。用）。用CT,d表示。表示。 定義定義 試驗(yàn)試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)粘度儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)粘度儀器設(shè)備 （三）溫度敏感性（三）溫度敏感性 石油瀝青粘性和塑性隨溫度升降而變石油瀝青粘性和塑性隨溫度升降而變

9、化的性能。化的性能。 工程要求瀝青的溫度敏感性應(yīng)小，保工程要求瀝青的溫度敏感性應(yīng)小，保 證高溫不流淌，低溫不脆裂。證高溫不流淌，低溫不脆裂。 常用指標(biāo)：針入度指數(shù)（常用指標(biāo)：針入度指數(shù)（PIPI）。）。 （四）延性與脆性（四）延性與脆性 石油瀝青在外力作用下所能承受的塑性變石油瀝青在外力作用下所能承受的塑性變 形的能力。形的能力。 延度。延度大，延性好，抗變形性好延度。延度大，延性好，抗變形性好 在在25溫度，把瀝青試樣制成溫度，把瀝青試樣制成字型標(biāo)準(zhǔn)試字型標(biāo)準(zhǔn)試 模（中間最小截面積為模（中間最小截面積為1cm） 拉斷時(shí)的長(zhǎng)度即為延度，單位為拉斷時(shí)的長(zhǎng)度即為延度，單位為cm。 影響因素：溫度；

10、組分影響因素：溫度；組分 脆性脆性 定義：在低溫下，受到瞬時(shí)荷載作用時(shí)，表定義：在低溫下，受到瞬時(shí)荷載作用時(shí)，表 . 現(xiàn)為脆性破壞?，F(xiàn)為脆性破壞。 常用指標(biāo)：脆點(diǎn)。常用指標(biāo)：脆點(diǎn)。 脆點(diǎn)越低，抗裂性越好。脆點(diǎn)越低，抗裂性越好。 （五）粘附性（五）粘附性 定義：定義： 在瀝青混合料中，瀝青以薄膜的形式裹覆在骨在瀝青混合料中，瀝青以薄膜的形式裹覆在骨 料顆粒表面，并將松散的骨料粘結(jié)為一個(gè)整體。料顆粒表面，并將松散的骨料粘結(jié)為一個(gè)整體。 粘附機(jī)理：粘附機(jī)理： 瀝青中有極性組分和芳香分結(jié)構(gòu)，還有表面活瀝青中有極性組分和芳香分結(jié)構(gòu)，還有表面活 性物質(zhì)，當(dāng)與堿性骨料接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的化學(xué)性物質(zhì)，當(dāng)與堿性骨

11、料接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的化學(xué) 吸附作用，粘附力很大。吸附作用，粘附力很大。 影響因素：組分、骨料性質(zhì)、水影響因素：組分、骨料性質(zhì)、水 實(shí)驗(yàn)方法：水煮法、水浸法實(shí)驗(yàn)方法：水煮法、水浸法 （六）耐久性（六）耐久性 瀝青性質(zhì)隨時(shí)間而產(chǎn)生化學(xué)組成結(jié)構(gòu)和物瀝青性質(zhì)隨時(shí)間而產(chǎn)生化學(xué)組成結(jié)構(gòu)和物 理力學(xué)性能變化的過程，稱為耐久性。理力學(xué)性能變化的過程，稱為耐久性。 表現(xiàn)：瀝青老化、路面變硬變脆等。表現(xiàn)：瀝青老化、路面變硬變脆等。 影響因素：氧化影響因素：氧化溫度、光、水溫度、光、水 實(shí)驗(yàn)方法：在室內(nèi)作加速老化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法：在室內(nèi)作加速老化試驗(yàn)。 短期老化試驗(yàn)、長(zhǎng)期老化試驗(yàn)短期老化試驗(yàn)、長(zhǎng)期老化試驗(yàn) 1.閃點(diǎn)：

12、瀝青加熱揮發(fā)出的可燃?xì)怏w與空氣的閃點(diǎn)：瀝青加熱揮發(fā)出的可燃?xì)怏w與空氣的 混合物在規(guī)定條件下與火焰接觸初次閃火時(shí)混合物在規(guī)定條件下與火焰接觸初次閃火時(shí) 的瀝青溫度。的瀝青溫度。 2.燃點(diǎn)：瀝青加熱揮發(fā)出的可燃?xì)怏w與空氣的燃點(diǎn)：瀝青加熱揮發(fā)出的可燃?xì)怏w與空氣的 混合物與火焰接觸能持續(xù)燃燒時(shí)的最低溫度?；旌衔锱c火焰接觸能持續(xù)燃燒時(shí)的最低溫度。 閃點(diǎn)和燃點(diǎn)表明瀝青引起火災(zāi)或爆炸的可能性閃點(diǎn)和燃點(diǎn)表明瀝青引起火災(zāi)或爆炸的可能性 （七）安全性（七）安全性 針入度針入度 測(cè)試固體或半固體石油瀝青測(cè)試固體或半固體石油瀝青 的相對(duì)粘度的相對(duì)粘度 試驗(yàn)儀器：針入度儀試驗(yàn)儀器：針入度儀 如圖如圖 所示所示 試驗(yàn)條件

13、及方法：試驗(yàn)條件及方法： 針入度試驗(yàn)示意圖針入度試驗(yàn)示意圖 瀝青越硬瀝青越硬 針入度越小針入度越小 粘度越大粘度越大 針入度與粘度之間的針入度與粘度之間的 關(guān)系是：關(guān)系是： 針入度越小針入度越小, , 粘度越粘度越 大大, , 石油瀝青越硬。石油瀝青越硬。 軟化點(diǎn)軟化點(diǎn) 試驗(yàn)示意圖試驗(yàn)示意圖 試驗(yàn)條件和方法：試驗(yàn)條件和方法： 將瀝青試樣裝入規(guī)定尺將瀝青試樣裝入規(guī)定尺 寸寸(D=18.9mm)的銅環(huán)內(nèi)，的銅環(huán)內(nèi)， 式樣上放置一標(biāo)準(zhǔn)鋼球式樣上放置一標(biāo)準(zhǔn)鋼球 (9.53mm,W=3.5g)，侵入，侵入 水或甘油中，按規(guī)定的速水或甘油中，按規(guī)定的速 度（度（5/min）加熱，使瀝）加熱，使瀝 青下垂，

14、當(dāng)下垂到規(guī)定距青下垂，當(dāng)下垂到規(guī)定距 離離25.4mm時(shí)的溫度（時(shí)的溫度（） 即為軟化點(diǎn)。即為軟化點(diǎn)。 軟化點(diǎn)：瀝青達(dá)到規(guī)定條件粘度時(shí)的溫度。軟化點(diǎn)：瀝青達(dá)到規(guī)定條件粘度時(shí)的溫度。 它反映瀝青的粘度特性，軟化點(diǎn)越高，等粘它反映瀝青的粘度特性，軟化點(diǎn)越高，等粘 溫度越高。溫度越高。 同時(shí)反映瀝青溫度敏感性的指標(biāo)，軟化點(diǎn)越高，同時(shí)反映瀝青溫度敏感性的指標(biāo)，軟化點(diǎn)越高， 溫度敏感性越小。溫度敏感性越小。 三、瀝青的技術(shù)要求與選用三、瀝青的技術(shù)要求與選用 1.1.石油瀝青按其針入度、延度和軟化點(diǎn)劃分牌石油瀝青按其針入度、延度和軟化點(diǎn)劃分牌 號(hào)，并以號(hào)，并以針入度值針入度值表示。見表。表示。見表。 2.

15、2.牌號(hào)越高，針入度越大、延度越大、軟化點(diǎn)牌號(hào)越高，針入度越大、延度越大、軟化點(diǎn) 越低。越低。 3.3.選用與應(yīng)用選用與應(yīng)用 土木工程選用石油瀝青的原則：工程特點(diǎn)、使土木工程選用石油瀝青的原則：工程特點(diǎn)、使 用部位及環(huán)境條件的要求。用部位及環(huán)境條件的要求。 請(qǐng)比較下列A、B兩種建筑石油瀝青的針入度、 延度及軟化點(diǎn)測(cè)定值。若于南方夏季炎熱地區(qū) 屋面選用何種瀝青較合適？ 兩種建筑石油瀝青的針入度、延度及軟化點(diǎn)值表兩種建筑石油瀝青的針入度、延度及軟化點(diǎn)值表 比較溫度穩(wěn)定性指標(biāo)，宜用比較溫度穩(wěn)定性指標(biāo)，宜用B B。 南方炎熱地區(qū)氣溫高，南方炎熱地區(qū)氣溫高，A A瀝青軟化點(diǎn)較低，夏瀝青軟化點(diǎn)較低，夏 季

16、易流淌。季易流淌。 編編 號(hào)號(hào) 針入度針入度/0.01mm (25，100g，5s) 延度延度 /cm(255cm/min) 軟化點(diǎn)軟化點(diǎn) 環(huán)球法環(huán)球法/ A30572 B 222.5101 . .道路瀝青道路瀝青 根據(jù)根據(jù)公路瀝青路公路瀝青路 面施工技術(shù)規(guī)范面施工技術(shù)規(guī)范劃分個(gè)標(biāo)號(hào)，并以其劃分個(gè)標(biāo)號(hào)，并以其 性能指標(biāo)分為、三個(gè)等級(jí)性能指標(biāo)分為、三個(gè)等級(jí)。見表。見表 、。、。 選用與應(yīng)用：選用與應(yīng)用： 選用原則：選用原則：氣候條件氣候條件、公路等級(jí)、交通條件、公路等級(jí)、交通條件、 路面類型、施工方法等工程特點(diǎn)。路面類型、施工方法等工程特點(diǎn)。 煤瀝青性質(zhì)與選用煤瀝青性質(zhì)與選用 與石油瀝青相比較，

17、性能如下：與石油瀝青相比較，性能如下： 防腐能力好、粘附性能好；防腐能力好、粘附性能好； 溫度敏感性較大、大氣穩(wěn)定性較差、塑溫度敏感性較大、大氣穩(wěn)定性較差、塑 性較差，易變形、有毒性和臭味。性較差，易變形、有毒性和臭味。 用于配制防腐涂料、油膏、油氈等制品。用于配制防腐涂料、油膏、油氈等制品。 四、瀝青的摻配、改性及主要四、瀝青的摻配、改性及主要 瀝青制品瀝青制品 1.1.瀝青的摻配瀝青的摻配 兩種同屬瀝青摻配比例可用下式計(jì)算：兩種同屬瀝青摻配比例可用下式計(jì)算： 式中：式中：Q Q1 1較軟瀝青用量，；較軟瀝青用量，； Q Q2 2較硬瀝青用量，；較硬瀝青用量，； T T 要求配置的瀝青軟化點(diǎn)

18、，要求配置的瀝青軟化點(diǎn)，； T T1 1較軟瀝青軟化點(diǎn)，較軟瀝青軟化點(diǎn)，； T T2 2較硬瀝青軟化點(diǎn)，較硬瀝青軟化點(diǎn)，。 12 12 2 1 100 %100 QQ TT TT Q 例題例題 工程需用軟化點(diǎn)工程需用軟化點(diǎn)85的石油瀝青?，F(xiàn)有的石油瀝青?，F(xiàn)有10號(hào)、號(hào)、60 號(hào)石油瀝青，軟化點(diǎn)分別為號(hào)石油瀝青，軟化點(diǎn)分別為95 、45 。估算如。估算如 何摻配滿足工程需求？何摻配滿足工程需求？ 60號(hào)用量號(hào)用量 10號(hào)用量號(hào)用量 以以10號(hào)石油瀝青號(hào)石油瀝青80、60號(hào)石油瀝青號(hào)石油瀝青20摻配。摻配。 %80%20%100 %20%100 4595 8595 2.2.改性瀝青改性瀝青 目的：

19、滿足土木工程對(duì)瀝青性能的要求。如目的：滿足土木工程對(duì)瀝青性能的要求。如 低溫柔韌性、高溫穩(wěn)定性、抗老化能力、強(qiáng)低溫柔韌性、高溫穩(wěn)定性、抗老化能力、強(qiáng) 粘結(jié)力、對(duì)構(gòu)件變形良好的適應(yīng)性等。粘結(jié)力、對(duì)構(gòu)件變形良好的適應(yīng)性等。 改性手段：改性手段： 橡膠改性瀝青橡膠改性瀝青 克服了熱淌冷脆的缺點(diǎn)，高溫變形小、低克服了熱淌冷脆的缺點(diǎn)，高溫變形小、低 溫柔性好，強(qiáng)度高。溫柔性好，強(qiáng)度高。 常用品種：氯丁橡膠改性瀝青、丁基改性常用品種：氯丁橡膠改性瀝青、丁基改性 瀝青等。用于路面工程和密封材料。瀝青等。用于路面工程和密封材料。 樹脂改性瀝青：改善其耐寒性、耐熱性、粘結(jié)性、樹脂改性瀝青：改善其耐寒性、耐熱性、粘結(jié)性、 不透氣性等。不透氣性等。 常用：聚丙烯（常用：聚丙烯（APPAPP）、酚醛樹脂、聚乙烯等。）、酚醛樹脂、聚乙烯等。 用于防水卷材和防水涂料的生產(chǎn)。用于防水卷材和防水涂料的生產(chǎn)。 橡膠和樹脂共混改性瀝青：用于卷材、片材、密橡膠和樹脂共混改性瀝青：用于卷材、片材、密 封和防水材料的生產(chǎn)。封和防水材料的生產(chǎn)。 礦物填充料改性瀝青：提高粘結(jié)能力、耐熱性、礦物填充料改性瀝青：提高粘結(jié)能力、耐熱性、 降低溫度敏感性。降低溫度敏感性。 常用：滑石粉、石灰石粉、石棉等。常用：滑石粉、石